Темы лекционной программы по дисциплине «радиобиология» для специальности «Стандартизация и сертификация в пищевой промышленности» №
| Вид материала | Документы |
- Материалы для подготовки к семинарским занятиям по дисциплине «радиобиология», 1123.19kb.
- Стандартизация, сертификация, 974.5kb.
- Методические указания «Выполнение практических заданий по дисциплине «Метрология, стандартизация, 636.89kb.
- Учебная программа для специальности 1-25 01 07 Экономика и управление на предприятии, 262.53kb.
- О. В. голуб Стандартизация, сертификация и метрология Учебное пособие, 3396.24kb.
- Методические указания к дисциплине и темы рефератов для студентов заочной формы обучения, 102.72kb.
- Научно-образовательный комплекс по специальности «Стандартизация, метрология и сертификация», 195.9kb.
- Практикум для лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация», 1310.19kb.
- Рецензент Преподаватель Комсомольского -на-Амуре техникума легкой промышленности: Лазарь, 100.78kb.
- Программа по дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация" для специальности, 202.64kb.
3. Поражающее действие нуклидов при внутреннем облучении
Тяжесть поражения при попадании радиоактивных веществ в организм животного различна и зависит от многих факторов: физических и химических свойств соединений, в состав которых входят радионуклиды, физиологического состояния животного и вида излучения. Большое значение имеет количество распадов в единицу времени. Чем длиннее период полураспада, тем больше патологический эффект.
Характер распределения радионуклидов в организме животных в значительной мере определяет специфику их воздействия.
Основные пути поступления радиоактивных изотопов в организм животных - алиментарный, накожный и ингаляционныый
В зависимости от тяжести поражения различают: острое, подострое и хроническое течение лучевой болезни. При этом клиническая картина острого лучевого поражения при внутреннем облучении отличается от симптомов болезни, вызванной общим гамма-облучением.
При алиментарном поступлении всасываемость изотопов неодинаковая. Некоторые вещества, быстро всасываясь, равномерно распределяются по всем органам, другие - фиксируются в отдельных органах и тканях (печень, кости и т.д.), отдельные почти не всасываются выводятся из организма.
Трудно всасывающиеся радионуклиды, передвигаясь по желудочно-кишечному тракту, вызывают соответствующие патологические изменения. В основном воздействуют на слизистые оболочки кишечника, вызывая некрозно-язвенные изменения.
Ингаляционныые воздействия обусловливают поражение бронхиального эпителия и воспалительно-склеротических изменений в лёгких.
В период выведения радиоактивных веществ радионуклиды. воздействуют на выделительную систему.
При поражении животного легко всасывающимися радионуклидами симптомы болезни будут обусловлены нарушением функций органов и тканей, где изотоп депонируется в максимальных количествах.
Биологическое действие изотопов йода определяется двумя факторами: во-первых облучением щитовидной железы, где накапливается до 50% изотопа, попавшего в организм, во-вторых общерадиационным воздействием на другие органы.
При действии стронция-90 поражаются кроветворная ткань и гипофиз.
В органах пищеварения всасываются практически все изотопы йода и цезия.
При поражении животных молодыми продуктами ядерного взрыва (возраст до 10 суток) наиболее резко выражены расстройства функции органов пищеварения;
не происходит выпадение шерстного покрова, чаще нет кровоизлияний в кожу, хотя на слизистых покровах внутренних органов они имеются.
гемаррогический симпом ярко выражен только в кишечнике, особенно толстом, где радиоактивные вещества задерживаются дольше.
Нарушается функция кроветворной ткани.
При поражении животных молодыми продуктами ядерного взрыва изменяется течение лучевой болезни.
Периода первичных реакций, как правило, нет.
Скрытый период: видимых симптомов болезни нет, исследование крови показывает её существенные морфологические изменения. Продолжительность периода короче по сравнению с внешним гамма-облучением (в сопоставимых дозах облучения).
Чем больше доза радиоактивного вещества, тем раньше наступает период разгара лучевой болезни.
4. Лучевые поражения кожных покровов у животных
При внешнем воздействии радиации в зависимости от вида излучения у животных может не только развиться лучевая болезнь, появятся лучевые поражения кожных покровов – лучевые ожоги. Они возникают после воздействия больших количеств радиоактивных веществ, оседающих после ядерных взрывов (бета- и альфа-поражение).
Наибольшие поражения (при равных условиях) возникают у животных с коротким и редким волосяным покровом (свиньи). У животных с густым и длинным шерстным покровом (овцы) повреждающий эффект проявляется в поверхностных слоях кожи, так как шерсть препятствует непосредственному контакту радиоактивных веществ с кожей.
Если во время интенсивного выпадения радиоактивной пыли животные находятся на открытой местности, поражается спина, поясница, круп и голова. Если животные находятся на местности, где след радиоактивного облака уже сформировался, бета-облучению подвергаются конечности, морда, нижняя стенка живота, вымя прежде всего за счет поднимаемой при прогоне пыли. Наиболее часто поражаются участки тела с нежной кожей (межкопытная щель, сгибательные поверхности суставов, вымя, мошонка, окружность рта, носовых отверстий, вокруг глаз).
Бета-частицы проникают в кожу на глубину 3—8 мм и поражают ее эпидермальный и сосочковый слой. Такие поражения кожи животного иногда называют бета-ожогами.
Как и при общем внешнем гамма-облучении, при контактном бета-облучении кожи различают четыре периода в течении поражения и четыре степени тяжести его.
Первый период. Первичную реакцию организма на бета-облучение можно наблюдать через несколько часов (до 1—2 суток). Появляются гиперемия и отек. Гиперемия хорошо заметна на коже свиней. Животные нередко расчесывают зудящие места поражения.
Второй период (скрытый) продолжается от нескольких суток до 2—3 недель. Видимые симптомы поражения исчезают, но появляются повышенная потливость и зуд пораженных участков кожи.
Третий период — разгар болезни. Он характеризуется развитием острых воспалительных процессов и начинается с появления болезненности, зуда, затем эритемы и других симптомов.
Четвертый период — восстановление. При легкой степени поражения процесс заканчивается шелушением поверхностных слоев кожи и выздоровлением животных. Неглубокие язвы и зрозии, образовавшиеся на месте поражения, заживают в течение 1'/2—2 месяцев. При тяжелых поражениях глубокие поражения кожи заживают по типу трофических язв с разрастанием рубцовой ткани и выраженными изменениями сосудов и нервов.
Степень радиационного поражения кожи зависит также от величины поглощенной дозы. Различают легкую, среднюю, тяжелую, и крайне тяжелую степень поражения.
Легкая степень развивается при воздействии бета-излучения в дозах 800—1000 рад. Она характеризуется длительным скрытым периодом (до трех недель), умеренной эритемой, слабой болезненностью пораженных участков, незначительной эпиляциейй.. Губы и слизистые оболочки глаз отечны. Через 3—4 недели начинается шелушение кожи.
Средняя степень поражения возникает при поглощенной дозе 1000—2500 рад. Первичная реакция довольно четко выражена и сопровождается болезненностью, эритемой, отечностью. В период разгара болезни хорошо выражены эритема кожи, отек (рис. 29), эпиляция. В последующем образуются поверхностные эрозии. Иногда на губах, сгибательных поверхностях суставов, в области паха появляются мелкие пузырьки, которые затем вскрываются, образуя эрозии, некроз, первичные трофические язвы. Возможно инфекционное осложнение сопровождающееся нагноением. В этих случаях повышается температура тела. Заживают язвы медленно, и животные выздоравливают лишь через 3—4 месяца. Но долго и после выздоровления кожа остается атрофированной, болевая чувствительность ее повышена. Если нет осложнений, животные выздоравливают быстрее и быстрее восстанавливается шерстный покров.
Тяжелая степень поражения отмечается при поглощенной дозе 2500—5000 рад. Первичная реакция появляется через 3—4 ч и продолжается до суток. Скрытый период короткий, до шести суток. Затем начинает бурно развиваться воспаление, характеризующееся резкой болезненностью, покраснением и отеком кожи. В связи с некрозом кожи быстро появляются эрозии и даже язвы. Шерсть выпадает. Повышается температура тела. Аппетит или ухудшается, или совсем пропадает. При исследовании крови обнаруживаются нейтрофильный лейкоцитоз, моноцитоз, ускорение реакции оседания эритроцитов.
На месте заживших язв остаются ярко выраженные рубцы. Волосы не вырастают (оголение). Кожа на местах поражений депигментирована, сухая (атрофия сальных желез), малоподвижная, упругая.
Крайне тяжелую степень болезни можно наблюдать при поглощенной дозе более 5000 рад. Первичная реакция выражена четко, скрытый период короткий (1—3 дня). В разгар болезни резко выражена воспалительная реакция кожи. Развивается глубокий некроз, осложняющийся гнойной инфекцией, отмечается длительная интоксикация. Заживают язвы долго (несколько месяцев). На их месте остаются рубцы. Появляются рецидивирующие некрозы. Кожа депигментированная и без волос. Возможны злокачественные поражения тканей.
5. Отдаленные последствия облучения
Одна из весьма характерных особенностей лучевой болезни состоит в том, что в весьма отдаленные сроки (у мышей и крыс через несколько месяцев, у человека — через 10—20 лет и более) после облучения в «выздоровевшем» и, казалось бы, полностью восстановившемся от лучевого поражения организме снова возникают различные изменения, которые называют отдаленными последствиями облучения. К ним относятся в первую очередь сокращение продолжительности жизни, возникновение лейкозов, злокачественных опухолей и катаракты –соматические последствия облучения.
Генетическое действие излучений (радиационный мутагенез) - возникновение под влиянием ионизирующих излучений наследственных изменений (мутаций). Облучение может вызывать все типы мутаций (генные, хромосомные, геномные и цитоплазматические).
Генетическое действие ионизирующих излучений может наблюдаться у животных при любой дозе облучения. Однако оно проявляется только при воздействии малыми и сублетальными дозами радиации. Причина этого заключается в том, что при облучении большими дозами радиации животные становятся бесплодными или погибают, поэтому в таких случаях генетические эффекты у них не проявляются. Иные последствия возникают при облучении малыми дозами, когда у животных не возникают какие-либо видимые изменения в организме, а также у животных, переболевших лучевой болезнью. У таких животных восстанавливается плодовитость, и они дают потомство за счет половых клеток, которые подвергались воздействию радиации.
Установлено, что после хронического или острого облучения число возникающих мутаций пропорционально дозе радиации. Частота радиационного мутирования зависит от возраста облученных гамет, среды, качества излучения и мощности дозы. Зрелые половые клетки сравнительно менее радиационномутабельны.
Новые признаки, возникающие в связи с мутацией, могут быть положительными и отрицательными. Но в большинстве случаев они бывают отрицательными и могут проявляться повышенной восприимчивостью животных к заболеваниям, сокращением продолжительности жизни, возникновением злокачественных новообразований и другими патологическими состояниями.
Использованная литература:
- Белов А.Д., Киршин В.А., Лысенко Н.П., Пак В.В., Рогожина Л.В. «Радиобиология», М.: Колос, 1999. –384с
- Кудряшов Ю.Б. «Радиационная биофизика» (ионизирующие излучения), М.: ФИЗМАТЛИТ®, 2004, 448с.;
- «Радиочувствительность», Сайт «Гуманитарные науки»; ссылка скрыта
ТЕМА 6.2
ОТДАЛЕННЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ОБЛУЧЕНИЯ
1. Зависимость радиологического эффекта от времени действия излучения
Одна и та же доза облучения, но распределенная неодинаково во времени, будет давать разный радиобиологический эффект. Излучение может быть однократным кратковременным или протяженным (пролонгированным), непрерывным или прерывистым (фракционированным), с постоянной или переменной мощностью. При разных условиях облучения одна и та же доза оказывает разный биологический эффект.
При однократном кратковременном облучении организм за сравнительно короткое время (секунды, минуты) получает определенную дозу облучения. Описанные в литературе эксперименты по воспроизведению лучевой болезни на животных всех видов выполнены в основном при кратковременном воздействии гамма- или рентгеновских лучей.
Фракционированное, или прерывистое, облучение – облучение несколькими отдельными фракциями через различные промежутки времени. Продолжительность облучений и перерывов между ними могут быть различными (облучение может длиться секунды, часы; перерыв — сутки, месяцы).
При фракционированном облучении наблюдается меньший биологический эффект по сравнению с однократным облучением в сопоставимых дозах. Это явление объясняется развитием восстановительных процессов, происходящих в организме, которые наиболее интенсивно развиваются во время перерывов между облучениями.
Пролонгированное облучение - это непрерывное облучение в течение нескольких часов, суток, месяцев с постоянной или переменной мощностью дозы. Биологический эффект радиационного воздействия пролонгированного облучения на животных по сравнению с кратковременным зависит от таких физических факторов, как мощность дозы, продолжительность облучения, интенсивность уменьшения мощности дозы во времени.
При пролонгированном и фракционированном облучении с постоянной и переменной мощностью дозы радиационный эффект возрастает с укорочением процесса облучения и увеличением суммарной дозы облучения. Биологический эффект уменьшается при пролонгированном и фракционированном облучении.
2. Процессы восстановления в облученном организме
В организме млекопитающих после облучения, наряду с деструктивными процессами, происходит и восстановление, осуществляемое на разных уровнях организации. Восстановление организма после острого лучевого поражения в первом приближении можно свести к пролиферации клеток (пролиферация - разрастание ткани животного или растительного организма путем новообразования клеток), сохранивших жизнеспособность, благодаря чему восполняется убыль популяции клеток критических органов и систем, и, следовательно, восстанавливается их функциональная полноценность.
Источником пострадиационного восстановления критических тканей и органов могут быть не только неповрежденные клетки, но и клетки, поврежденные обратимо и восстановившие жизнеспособность, точнее, способность к неограниченному размножению.
В любой облученной клеточной популяции следует различать два типа пострадиационного восстановления: репарацию (восстановление) на клеточном уровне и пролиферацию клеточных элементов.
Связь между восстановлением от поражений, наблюдаемом на клеточном уровне, с повреждением ДНК можно представить себе следующим образом. Часть поражений ДНК столь велика, что клетка не сможет пройти несколько делений, сколько бы времени у нее не было для восстановительных процессов. Часть поражений, вероятно, репарируется (восстанавливается от повреждений, вызываемых ионизирующими излучениями) достаточно быстро ферментативными системами, действующими в обычном режиме. Благодаря этому часть клеток после облучения вступает в деление в обычное время, производя клоногенное потомство. Если клетка в момент облучения находится вне цикла, то у нее больше возможностей для восстановления, чем у клетки, активно реплицирующей ДНК и готовящейся к митозу. Поэтому клетки в стационарной фазе роста имеют больше времени для репарации потенциальных повреждений.
Часть нанесенных повреждений ДНК не влияет на выживание клетки и подвергается удалению в процессе ее нормальной жизнедеятельности. Однако эти повреждения могут становиться летальными в случае, если в клетке возникнут новые повреждения.
Процессы восстановления в организме животного и человека после облучения протекают с различной скоростью: наивысшей в активно пролиферирующих тканях и минимальной в тканях с низким уровнем пролиферации.
Одним из видов восстановления является пролиферация тканей критических органов за счет сохранивших жизнеспособность стволовых клеток костного мозга и кишечника. Наряду с пролиферацией происходит и репарация на клеточном уровне.
Реализация всех типов восстановительных процессов в организме облегчается при фракционированном облучении и при уменьшении мощности дозы, однако, во всех случаях восстановление не может быть абсолютным, некоторая доля повреждений может оставаться необратимой и участвовать в формировании отдаленных последствий. Для правильной оценки исхода облучения необходимо знать не только дозу, ее мощность и время облучения, но и скорость восстановительных процессов, происходящих в организме животного. Для этого введено понятие «период полувосстановления», под которым понимают время, в течение которого восстанавливается половина лучевых повреждений. Величина периода полувосстановления зависит от вида и возраста животного, интенсивности обмена веществ, мощности и величины дозы облучения и других факторов. В среднем период полувосстановления составляет у ослов 20-28 суток, у собак 14-18, у кроликов - 9, у мышей 3 - 8 суток.
3. Отдаленные последствия облучения
При рассмотрении вопросов пострадиационного восстановления надо обратить внимание на неполноценность многих восстановительных процессов, особенно ярко проявляющихся в тканях с низким уровнем физиологической регенерации. Именно клетки этих тканей вследствие очень слабо протекающих процессов репарации как бы запоминают имевшее место радиационное воздействие, и их функциональная неполноценность легко проявляется при неблагоприятных для организма условиях.
Основываясь на факте, что выжившие клетки млекопитающих остаются жизнеспособными после облучения и затем размножаются в условиях целостного организма, можно предположить, что в большинстве своем потомки этих облученных и выживших клеток животных также несут различные наследственные аномалии. Эти аномалии могут не препятствовать их размножению - пострадиационной регенерации соответствующих органов и тканей, но снижают жизнеспособность этих клеток и извращают их функциональную активность. Отсюда следует, что в течение длительного времени после облучения организм представляет собой как бы функционально неполноценную систему, что в дальнейшем приводит к уменьшению жизнеспособности выжившего после облучения организма.
Таким образом, в развитии летального действия ионизирующего излучения решающую роль играют закономерности гибели облученных клеток, а в проявлении отдаленных последствиях лучевого поражения – клетки, выжившие после облучения.
В отдаленные сроки после облучения (у человека — через многие годы и десятки лет, у мышей и крыс через несколько месяцев) в «выздоровевшем» и, казалось бы, полностью восстановившемся от лучевого поражения организме возникают различные изменения, которые называют отдаленными последствиями облучения. Особенностью заболеваний, относящимся к отдаленным последствиям, является то, что они возникают спустя длительное время как после местного, так и после общего внешнего и внутреннего облучения.
Продолжительность латентного периода отдаленных последствий зависит от характера лучевого воздействия, вида животных, их естественной продолжительности жизни, состояния защитно-компенсаторных процессов.
3.1. Основные категории отдаленных последствий.
Принято различать два типа отдаленных последствий — соматические, развивающиеся у самих облученных индивидуумов, и генетические — наследственные заболевания, развивающиеся в потомстве облученных родителей.
◄Детерминированные эффекты (соматические) — это неизбежные, закономерные патологические состояния, возникающие при облучении большими дозами, в отношении которых предполагается существование порога. Они подразделяются на ближайшие последствия (острая, подострая и хроническая лучевая болезнь, локальные лучевые повреждения: лучевые ожоги кожи, лучевая катаракта и стерилизация) и отдаленные последствия (радиосклеротические процессы, радиоканцерогенез, радиокатарактогенез и прочие).
◄Стохастические эффекты — это вредные биологические эффекты излучения, не имеющие дозового порога возникновения. В соответствии с общепринятой консервативной радиобиологической гипотезой, любой сколь угодно малый уровень облучения обусловливает определенный риск возникновения стохастических эффектов. Стохастические эффекты — это вероятностные эффекты, возникающие при облучении, в основном, малыми дозами. Они делятся на соматико-стохастические (лейкозы и опухоли различной локализации), генетические (доминантные и рецессивные генные мутации и хромосомные аберрации) и тератогенные (умственная отсталость, другие уродства развития; возможен риск возникновения рака и генетических эффектов облучения плода).
К соматическим отдаленным последствиям облучения относят, прежде всего, сокращение продолжительности жизни, злокачественные новообразования и катаракту. Кроме того, отдаленные последствия облучения отмечают в коже, соединительной ткани, кровеносных сосудах почек и легких в виде уплотнений и атрофии облученных участков, потери эластичности. Наблюдаются и другие морфофункциональные нарушения, приводящих к фиброзам (т.е. избыточному развитию соединительной ткани печени без признаков регенерации) и склерозу, развивающимся вследствие комплекса процессов, включающих уменьшение числа клеток, и дисфункцию фибробластов (фибробласты - основная клеточная форма соединительной ткани организма позвоночных животных и человека).
Следует иметь в виду, что деление на соматические и генетические последствия весьма условно, ибо на самом деле характер повреждения зависит от того, какие клетки подверглись облучению, т. е. в каких клетках это повреждение возникло — соматических или зародышевых. В обоих случаях повреждается генетический аппарат, и, следовательно, возникающие повреждения могут наследоваться. В случае соматических последствий они наследуются в пределах тканей данного организма, объединяясь в понятие соматического мутагенеза, в случае генетических последствий — также в виде различных мутаций, но в потомстве облученных особей.
Таким образом, решающее значение для облученного индивидуума или его потомков имеет вид мутаций и то, в каких клетках (зародышевых или соматических) они возникают.
Наиболее важным является разделение всех отдаленных последствий на две другие категории — стохастические и нестохастические эффекты. К стохастическим (вероятностным) относятся два вида отдаленных последствий — злокачественные новообразования и наследственные заболевания, а все остальные — к нестохастическим эффектам. С ростом дозы облучения увеличивается как вероятность, так и степень проявления любых нестохастических эффектов, тогда как в отношении стохастических эффектов увеличивается лишь вероятность их возникновения. Иными словами, нестохастические отдаленные последствия, подобно непосредственным детерминированным эффектам, возникают при достижении определенного дозового порога и усиливаются с дальнейшим увеличением дозы. В отличие от этого стохастические последствия возникают в полном объеме («половины рака не бывает») теоретически при сколь угодно малой дозе, а с ее увеличением растет лишь вероятность их возникновения.